Institutet för elektroniska och informationssystem, NovSU, [e-postskyddad]

Metoder för konturanalys övervägs, vilka används optimalt i realtidssystem för att markera objektens konturer i en videosekvens.

Nyckelord: kontur, bildbehandling, konturanalys, videoövervakningssystem

Introduktion

Bildsegmentering baserad på konturering anses lösa denna klass av problem på grund av det faktum att ändring av parametrarna för position, rotation och skala för bilden har liten effekt på mängden beräkningar. Dessutom bestämmer konturerna helt bildens form, beror svagt på färg och ljusstyrka och innehåller den nödvändiga informationen för ytterligare klassificering av objektet. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att inte beakta bildens inre punkter och därigenom avsevärt minska mängden bearbetad information genom att gå från att analysera en funktion av två variabler till en funktion av en variabel. Konsekvensen av detta är förmågan att säkerställa driften av bearbetningssystemet i en tidsskala som är närmare verklig.

Grundläggande koncept

Med bildkontur menar vi en rumsligt utökad diskontinuitet, sänkning eller abrupt förändring i ljusstyrkevärden.

Den ideala droppen har egenskaperna hos modellen som visas i Fig. 1a - det är en uppsättning anslutna pixlar, som var och en ligger bredvid ett rektangulärt hopp i ljusstyrka, som visas av den horisontella profilen i Fig. I verkligheten är optiska begränsningar, provtagning etc. leda till suddiga förändringar i ljusstyrkan. Som ett resultat är de mer exakt modellerade av en lutande profil liknande den som visas i Fig. Ib. I en sådan modell är skillnaden i ljusstyrka vilken punkt som helst som ligger på en lutande sektion av profilen, och själva skillnaden är en sammankopplad uppsättning som bildas av alla sådana punkter.

Figur 1 Modell av ideala (a) och sneda (b) ljusstyrkeskillnader

En ljusstyrkeskillnad anses vara en kontur om dess höjd och lutningsvinkel överstiger vissa tröskelvärden.

Låt oss notera ett antal problem som uppstår under konturval:

Konturen bryter på platser där ljusstyrkan inte ändras tillräckligt snabbt;

Falska konturer på grund av brus i bilden;

Alltför breda konturlinjer på grund av oskärpa, brus eller på grund av brister i den använda algoritmen;

Felaktig positionering på grund av att linjekonturer har enhetsbredd snarare än nollbredd.

Differentiella metoder

Ett av de mest uppenbara och enkla sätten att upptäcka kanter är att differentiera ljusstyrkan, betraktad som en funktion av rumsliga koordinater.

Att upptäcka kanter för en bild med ljusstyrkevärden f(x1,x2) vinkelrätt mot x1-axeln ger den partiella derivatan df/dx1, och de som är vinkelräta mot x2-axeln - den partiella derivatan df/dx2. Dessa derivator kännetecknar hastigheten för ljushetsändringen i x1- respektive x2-riktningarna. För att beräkna derivatan i en godtycklig riktning kan du använda en ljusstyrkegradient:

grad f (x1, x2) = f (x1, x2).

Gradienten är en vektor i tvådimensionell rymd, orienterad i riktningen för den snabbaste ökningen av funktionen f (x1, x2) och har en längd som är proportionell mot denna maximala hastighet. Gradientmodulen beräknas med formeln

Figur 2 Grafisk representation av gradienten

För att markera en kontur av en godtycklig riktning kommer vi att använda modulen för ljusstyrkafältgradienter. För bilder, istället för derivator, tar vi diskreta skillnader.

Roberts operatör

Ett alternativ för att beräkna en diskret gradient är Roberts-operatorn. Eftersom skillnader i två ömsesidigt vinkelräta riktningar kan användas för att beräkna gradientmodulen, tas diagonala skillnader i Roberts-operatorn:

Skillnadsdefinitionen genereras av två finita impulssvarsfilter (FIR-filter), vars impulssvar motsvarar 2x2 masker

Nackdelarna med denna operatör inkluderar hög känslighet för buller och orienteringen av områdesgränser, möjligheten till diskontinuiteter i konturen och frånvaron av ett klart definierat mittelement. Men det har en fördel - låg resursförbrukning.

Sobel och Prewitt operatörer

I praktiken är det bekvämare att använda Sobel- och Prewitt-operatorerna för att beräkna diskreta gradienter. Sobel-operatorn har något mindre inflytande av hörnelementbrus än Prewitt-operatorn, vilket är viktigt när man arbetar med derivator. För var och en av maskerna är summan av koefficienterna lika med noll, dvs. dessa operatörer kommer att ge ett nollsvar i områden med konstant ljusstyrka.

FIR-filter är 3x3 masker.

Sobel Operatörsmasker:

Prewitt operatörsmasker:

Sobeloperatören använder en viktningsfaktor på 2 för mittelementen. Detta ökade värde används för att minska effekten av utjämning genom att ge mer vikt åt mittpunkterna.

För att lösa problemet med rotationsinvarians används så kallade diagonala masker för att upptäcka diskontinuiteter i diagonala riktningar.

Sobel operatör diagonala masker:

Diagonala Prewitt operatörsmasker:

I närvaro av ett centralt element och låg resursförbrukning kännetecknas denna operatör av hög känslighet för buller och orienteringen av områdesgränser, samt möjligheten till diskontinuiteter i konturen.

Figur 3. Identifiering av gränser med Sobel-operatören: a) originalbild; b) resultatet av tillämpningen av Sobel-operatören

Laplacian

För att lösa problemet med att identifiera skillnader i ljusstyrka kan du använda högre ordningens differentialoperatorer, till exempel Laplace-operatorn:

I det diskreta fallet kan Laplace-operatorn implementeras som en procedur för linjär bildbehandling med ett 3x3-fönster. Andraderivator kan approximeras med andraskillnader:

Laplacian tar både positiva och negativa värden, så du måste ta dess absoluta värde i kantvalsoperatorn. Således får vi en procedur för att identifiera gränser som är okänslig för deras orientering

Laplacians roll i segmenteringsproblem handlar om att använda dess nollnivåkorsningsegenskap för att lokalisera konturen och ta reda på om den är mörk eller ljusa sidan konturen är pixeln i fråga.

Den största nackdelen med Laplacian är dess mycket höga känslighet för buller. Dessutom kan avbrott i kretsen uppstå, liksom deras fördubbling. Dess fördelar inkluderar det faktum att det är okänsligt för orienteringen av områdenas gränser och låg resursförbrukning.

Lokal bearbetning

Helst bör kantdetekteringsmetoder endast välja pixlar i bilden som ligger på konturen. I praktiken visar denna uppsättning pixlar sällan konturen tillräckligt exakt på grund av brus, konturbrott på grund av inhomogenitet i belysningen, etc. Därför kompletteras kantdetekteringsalgoritmer vanligtvis med länkningsprocedurer för att generera uppsättningar av kantpunkter som innehåller kanter.

Ett sätt att associera konturpunkter är att analysera egenskaperna hos pixlarna i en liten omgivning av varje bildpunkt som har markerats som en kontur. Alla punkter som liknar varandra enligt vissa kriterier är associerade och bildar en kontur bestående av pixlar som uppfyller dessa kriterier. I detta fall används två huvudparametrar för att fastställa likheten mellan konturpixlarna: storleken på svaret från gradientoperatorn, som bestämmer värdet på konturpixlarna, och gradientvektorns riktning.

En pixel i ett givet område slås samman med den centrala pixeln (x,y) om likhetskriterierna i både storlek och riktning är uppfyllda. Denna process upprepas vid varje punkt i bilden samtidigt som de hittade anslutna pixlarna lagras när centrum av grannskapet rör sig. Ett enkelt sätt att redogöra för data är att tilldela varje uppsättning länkade konturpixlar sitt eget ljusstyrkavärde.

Canny Boundary Detector

Canny-kantdetektorn fokuserar på tre huvudkriterier: bra detektion (ökat signal-brusförhållande); bra lokalisering (korrekt bestämning av gränsens position); det enda svaret på en gräns.

Från dessa kriterier konstrueras en målfelkostnadsfunktion, genom att minimera vilken optimal linjär operator för faltning med bilden som hittas.

För att minska känsligheten hos algoritmen för brus, tillämpas den första derivatan av Gauss. Efter att ha applicerat filtret blir bilden något suddig. Så här ser en Gaussisk mask ut:

Efter att ha beräknat gradienten för den utjämnade bilden är endast de maximala punkterna för bildgradienten kvar i gränskonturen. Information om gränsens riktning används för att ta bort punkter exakt nära gränsen och inte bryta själva gränsen nära lokala maxima för gradienten.

Sobel-operatorn används för att bestämma gradientens riktning. De resulterande riktningsvärdena är avrundade till en av fyra vinklar - 0, 45, 90 och 135 grader.

Sedan avlägsnas svaga kanter med hjälp av två trösklar. Kantfragmentet bearbetas som en helhet. Om gradientvärdet någonstans på det spårade fragmentet överskrider den övre tröskeln, förblir detta fragment också en "acceptabel" gräns på de platser där gradientvärdet faller under detta tröskelvärde, tills det faller under det nedre tröskelvärdet. Om det inte finns en enda punkt i hela fragmentet med ett värde över den övre tröskeln raderas den. Denna hysteres gör det möjligt att minska antalet diskontinuiteter i utgångsgränserna.

Att inkludera brusreducering i algoritmen förbättrar robustheten i resultaten, men ökar beräkningskostnaden och leder till förvrängning och förlust av kantdetaljer. Algoritmen rundar hörnen på objekt och förstör gränser vid anslutningspunkter.

Nackdelarna med denna metod är komplexiteten i implementeringen och mycket hög resursförbrukning, samt det faktum att viss avrundning av objektets hörn är möjlig, vilket leder till en förändring av konturparametrarna.

Fördelarna med metoden inkluderar svag känslighet för buller och orienteringen av områdesgränser, det faktum att den tydligt identifierar konturen och låter dig identifiera objektets inre konturer. Dessutom eliminerar den felaktig detektering av en kontur där det inte finns några föremål.

Figur 4. Gränsextraktion med Canny-metoden: a) originalbild; b) efter bearbetning av Canny-algoritmen

Analys med grafteori

Baserat på representation i form av en graf och sökning på denna graf efter banor med lägst kostnad som motsvarar signifikanta konturer, är det möjligt att konstruera en metod som fungerar bra i närvaro av buller. Denna procedur visar sig vara ganska komplex och kräver mer handläggningstid.

Figur 5. Konturelement placerat mellan pixlarna p och q

Ett konturelement är gränsen mellan två pixlar p och q, som är grannar. Konturelement identifieras av koordinaterna för punkterna p och q. Konturelementet i fig. 5 bestäms av par (xp, ur)(xq, yq). En kontur är en sekvens av konturelement kopplade till varandra.

Uppgiften att hitta minimikostnadsvägen på en graf är icke-trivial när det gäller beräkningskomplexitet, och man måste offra optimalitet till förmån för beräkningshastighet.

Komplexiteten i implementeringen och den höga resursförbrukningen är de största nackdelarna med en sådan analys, vars fördel är dess låga känslighet för buller.

Slutsats

De metoder som presenteras i arbetet beskriver optimala tillvägagångssätt för att identifiera konturer i realtidssystem. Metoderna tillåter att lösa ett brett spektrum av konturproblem, som används inom många områden där bildsegmentering är nödvändig.

Litteratur

1. Gonzalez R., Woods R. Digital bildbehandling. M.: Tekhnosphere, 2005. P.812-850.

2. Jane B. Digital bildbehandling. M.: Technosphere, 2007. P.331-356.

3. Metoder för datorbildbehandling / Ed. V.A. Soifer. M.: Fizmatlit, 2003. P.192-203.

4. Pret U. Digital bildbehandling. M.: Mir, 1982. P. 499-512.

5. Se: http://www.cs.berkeley.edu/~jfc/

I den här artikeln lär du dig att måla med en pensel baserat på de skapade konturerna.

Låt oss först skapa ett dokument, jag använde inte en fyllning eller gradient eftersom du kan göra det själv (hoppas jag).

Använda ett verktyg Penna skapa en linje. Efter det, genom att högerklicka, tar vi fram en extra meny, där vi väljer "Stroke Path".

För en djupare förståelse är pennverktyget inte en ritning, men om vi spårar en linje med en pensel är det faktiskt likvärdigt med en linje som ritas med en pensel. Det är ganska svårt att bara rita en vacker linje med en pensel, det var därför vi använde en penna. Så, konturmenyn.

Nu väljer vi Borsta, dvs. vad vi vill dra upp vår linje med.

Bock "Simulera tryck"är ansvarig för linjens tjocklek. Om du väljer det här alternativet kommer linjen med mina borstparametrar att börja tunnare, sedan tjockna mot mitten och tunna ut igen mot slutet. Om du inte använder det här alternativet kommer linjen att ha samma tjocklek, lika med diametern på den tidigare angivna borsten.

Så här är vad jag fick. Eftersom vi inte längre behöver själva kurvan skapad av pennan, kommer vi att radera den - högerklicka, ta fram en extra meny, där vi väljer "Radera pass".

Slutligen kan vi skapa en pensel från den resulterande ritningen. Håller ner nyckeln Ctrl klickar du på lagret i lagerpanelen och laddar på så sätt markeringen.

Vi ses i nästa lektion!

Rita med prickar för barn av linjer, former och djur. Rita med prickar för att utveckla skrivförmågan.

Vacker handstil och framgångsrikt lärande att skriva beror på korrekt användning av en penna, skickligt tryck och förmågan att rita linjer av alla typer av former. Börja med att lära ut prick-till-prick-ritning av linjer och former, och låt sedan ditt barn rita prick-till-prick av djur och färglägga dem.

Vi ritar med prickar och utvecklar färdigheter gradvis

Att rita linjer med en penna eller penna är en utmärkt övning som hjälper till att vänja din hand vid att skriva, utveckla små muskler och lära ditt barn att hålla något hårt.

Den prickade linjen fungerar som en guide och hjälper barnet, eftersom du när som helst kan sakta ner ritningshastigheten, öka eller minska trycket på pennan, utan att förstöra bilden, och därför utan att tappa intresset.

Så fort barnet lär sig att rita linjer, räta linjer och alla typer av vågor med hjälp av punkter, gå vidare till former och sedan till djur. Kurvorna på de prickade linjerna kommer att utveckla ritfärdigheter tillräckligt för att börja lära sig att stava bokstäver och siffror.

När du erbjuder ditt barn tryckt material med en bild där du behöver rita något prick för prick, be först barnet att spåra linjerna med pekfingret höger hand(eller vänster om barnet är vänsterhänt). Be honom sedan att rita med fingret inte på arket, utan som i luften ovanför bilden. Upprepa övningen flera gånger och slutför sedan uppgiften med en penna.

När ditt barn lär sig att rita prickar med en penna, ge honom en penna eller markör.

Var uppmärksam på att rita djur punkt för punkt, utan att lyfta handen från pappret.

Hur ska man annars utveckla finmotoriken, förutom att rita med prickar?

Om ditt barn av någon anledning inte är intresserad av prick-till-prick-material kan du roa dig med att utveckla finmotoriken på andra sätt.

1. Dra ihop stora pärlor på snören eller sortera igenom pärlorna;
2. Limma fast ett stort papper eller gammal tapet på väggen och låt ditt barn rita sina egna bilder på arket. Att rita på en vertikal yta kräver mer ansträngning och pennorna tränas snabbare;
3. Så snart ditt barn redan kan hålla små saker tillräckligt stadigt i händerna och inte släpper taget om dem om han drar lätt, börja lära honom hur man knyter skosnören eller flätar flätor från eventuella band eller rep;
4. Om du läser tidningar eller tidskrifter, ge ditt barn en markör och uppmuntra honom att ringa in alla rubriker med den;
5. Ett bra grepp mellan tummen och pekfingret utvecklas enklast genom att överföra bönor eller till och med ärter från en skål till en annan, med bara två fingrar istället för hela handflatan.
6. Frostiga fönster eller dimmiga badrumsspeglar är ett bra ställe att lära sig rita med pekfingret.

Om så önskas kan du använda Vardagsliv Vart och ett av sätten att utveckla ditt barns finmotorik kommer att hjälpa honom att lära sig skriva snabbare i framtiden.

Enfärgad konturbild

Första bokstaven "s"

Andra bokstaven "i"

Tredje bokstaven "l"

Den sista bokstaven i bokstaven är "t"

Svar för ledtråden "Enfärgad, konturbild", 6 bokstäver:
silhuett

Alternativa korsordsfrågor för ordet siluett

Ansiktskontur

m. franska skott från skuggan, från sidan av ansiktet

Dikt av M. Lermontov

Bild, kontur

Klipp ut konturerna av ett föremål

Definition av ordet siluett i ordböcker

Lexikon Ryska språket. D.N. Ushakov Betydelsen av ordet i ordboken förklarande ordbok för det ryska språket. D.N. Ushakov
silhouette, m. En enfärgad konturbild av en person, ett föremål, mot en bakgrund av en annan färg, ritad eller utskuren. trans. Vaga yttre konturer av något, synligt i mörker, dimma. Det blinkade ljus, silhuetter av hyddor. Tjechov. Då och då...

Wikipedia Betydelsen av ordet i Wikipedias ordbok
Silhouette är en av öarna i Seychellernas skärgård. Den ligger i Indiska oceanen och tillhör delstaten Seychellerna.

Förklarande ordbok för det levande stora ryska språket, Dal Vladimir Betydelsen av ordet i ordboken Explanatory Dictionary of the Living Great Russian Language, Dal Vladimir
m. franska skott från skuggan, från sidan av ansiktet.

Förklarande ordbok för det ryska språket. S.I.Ozhegov, N.Yu.Shvedova. Betydelsen av ordet i ordboken förklarande ordbok för det ryska språket. S.I.Ozhegov, N.Yu.Shvedova.
-a, m. En platt enfärgsbild av ett föremål mot en bakgrund av en annan färg. S. ansikten i profil. trans. Konturerna av något som är synligt i mörker eller dimma. N. bergskedja. Linjer, kontur av kläder. Fashionabla s. kläder. adj. siluett, -aya, -oh.

Exempel på användningen av ordet siluett i litteraturen.

Jagare började interagera tydligare med luftvärnsartilleri, de opererade på höjder som var otillgängliga för artilleri, använde en ljus bakgrund ovanför målet skapat av lysande flygbomber och spårade mot denna bakgrund silhuetter våra plan, signalerade luftvärnsskytten att upphöra med elden och gick till attack.

I riktning mot Anapa, mot bakgrund av moln, var redan synliga silhuetter tunga flygplan.

En pil visslade precis ovanför hans öra, och armborstskytten laddade av sitt vapen vid vad som syntes på spiraltrappan. silhuett- magikern har redan räckt upp sina händer och förbereder sig på att skicka en besvärjelse.

Seniorlöjtnant Arsenyev tittade upp från periskopet och gned sig i ögonen: han föreställde sig lite ljus och mörker silhuetter fartyg, men han blev omedelbart övertygad om misstaget.

Varelserna som landade från fartygen överträffade all fantasi med sina silhuetter, liknande svängarna i en spiral eller blommande arumsblommor, med kroppar lila och med huvuden som liknar sjöstjärnor.